Er klopt iets niet helemaal in het universum. In ieder geval op basis van alles wat natuurkundigen tot nu toe weten. Sterren, sterrenstelsels, zwarte gaten en alle andere hemellichamen razen na verloop van tijd steeds sneller van elkaar weg. Uit eerdere metingen in onze lokale omgeving van het universum blijkt dat het universum sneller naar buiten explodeert dan in het begin. Dat zou niet het geval moeten zijn, gebaseerd op de beste descriptor van wetenschappers van het universum.
Als hun metingen van een waarde die bekend staat als de Hubble-constante correct zijn, betekent dit dat het huidige model cruciale nieuwe fysica mist, zoals niet-verklaarde fundamentele deeltjes, of iets vreemds aan de hand met de mysterieuze stof die bekend staat als donkere energie.
Nu, in een nieuwe studie, gepubliceerd op 22 januari in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, hebben wetenschappers de Hubble Constant op een geheel nieuwe manier gemeten, wat bevestigt dat het universum inderdaad nu sneller uitbreidt dan in zijn tijd Vroeger.
"Er is iets interessants aan de hand"
Om uit te leggen hoe het universum van een piepklein, heet, dicht stuk soepig plasma is gegaan tot de uitgestrekte uitgestrektheid die we tegenwoordig zien, hebben wetenschappers voorgesteld wat bekend staat als het Lambda Cold Dark Matter (LCDM) -model. Het model legt beperkingen op aan de eigenschappen van donkere materie, een soort materie die zwaartekracht uitoefent maar geen licht afgeeft, en donkere energie, die de zwaartekracht lijkt tegen te werken. LCDM kan de structuur van sterrenstelsels en de kosmische microgolfachtergrond - het eerste licht van het universum - met succes reproduceren, evenals de hoeveelheid waterstof en helium in het universum. Maar het kan niet verklaren waarom het universum nu sneller uitbreidt dan in het begin.
Dat betekent dat ofwel het LCDM-model verkeerd is, ofwel de metingen van de uitbreidingssnelheid.
De nieuwe methode is bedoeld om eindelijk het debat over de uitbreidingssnelheid te regelen, vertelde Simon Birrer, een onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, en hoofdauteur van de nieuwe studie, aan WordsSideKick.com. Tot dusver bevestigen de nieuwe, onafhankelijke metingen de discrepantie, wat suggereert dat er mogelijk nieuwe fysica nodig is.
Om Hubble's Constant op te sporen, hadden wetenschappers eerder verschillende methoden gebruikt. Sommigen gebruikten supernova's in het lokale universum (het nabijgelegen deel van het universum), en anderen vertrouwden op Cepheids, of soorten sterren die pulseren en regelmatig flikkeren in helderheid. Weer anderen hebben de kosmische achtergrondstraling bestudeerd.
Het nieuwe onderzoek maakte gebruik van een techniek waarbij licht van quasars - extreem heldere sterrenstelsels die worden aangedreven door enorme zwarte gaten - wordt gebruikt om de das te verbreken.
"Hoe zorgvuldig een experiment ook is, er kan altijd een effect zijn dat is ingebouwd in het soort tools dat ze gebruiken om die meting uit te voeren. Dus wanneer een groep op deze manier langskomt en een heel andere set tools gebruikt ... en krijgt hetzelfde antwoord, dan kun je vrij snel concluderen dat dat antwoord niet het gevolg is van een serieus effect in de technieken, "zei Adam Riess, Nobelprijswinnaar en onderzoeker aan het Space Telescope Science Institute en aan de Johns Hopkins University. "Ik denk dat ons vertrouwen groeit dat er iets heel interessants aan de hand is", vertelde Riess, die niet bij het onderzoek betrokken was, tegen WordsSideKick.com.
Dubbel zien
Hier is hoe de techniek werkte: wanneer licht van een quasar een tussenliggend sterrenstelsel passeert, zorgt de zwaartekracht van het sterrenstelsel ervoor dat dat licht "gravitatiegericht buigt" voordat het de aarde raakt. De melkweg werkte als een lens om het licht van de quasar in meerdere kopieën te vervormen - meestal twee of vier, afhankelijk van de uitlijning van de quasars ten opzichte van de melkweg. Elk van die kopieën reisde een iets ander pad rond de melkweg.
Quasars schijnen meestal niet constant zoals veel sterren. Doordat materiaal in hun centrale zwarte gaten valt, veranderen ze in helderheid op uren tot miljoenen jaren. Dus, wanneer het beeld van een quasar in meerdere kopieën met ongelijke lichtpaden wordt gelensd, zal elke verandering in de helderheid van de quasar resulteren in een subtiele flikkering tussen de kopieën, aangezien het licht van bepaalde kopieën langer duurt om de aarde te bereiken.
Vanuit deze discrepantie konden wetenschappers precies bepalen hoe ver we verwijderd zijn van zowel de quasar als het intermediaire sterrenstelsel. Om de Hubble-constante te berekenen, vergeleken astronomen die afstand met de roodverschuiving van het object, of de verschuiving in golflengten van licht naar het rode uiteinde van het spectrum (wat laat zien hoeveel het licht van het object is uitgerekt naarmate het universum uitzet).
Het bestuderen van licht van systemen die vier afbeeldingen of kopieën van een quasar maken, is in het verleden gedaan. Maar in het nieuwe artikel hebben Birrer en zijn medewerkers met succes aangetoond dat het mogelijk is om de Hubble-constante te meten vanuit systemen die slechts een dubbel beeld van de quasar creëren. Dit verhoogt het aantal systemen dat kan worden onderzocht aanzienlijk, waardoor de Hubble-constante uiteindelijk nauwkeuriger kan worden gemeten.
"Afbeeldingen van quasars die vier keer verschijnen, zijn zeer zeldzaam - er zijn er misschien maar 50 tot 100 over de hele hemel en ze zijn niet allemaal helder genoeg om te worden gemeten", vertelde Birrer aan WordsSideKick.com. 'Systemen met dubbele lens komen echter vaker voor met een factor vijf.'
De nieuwe resultaten van een systeem met dubbele lens, gecombineerd met drie andere eerder gemeten systemen met viervoudige lens, zetten de waarde voor de Hubble-constante op 72,5 kilometer per seconde per megaparsec; dat is in overeenstemming met andere metingen van het lokale universum, maar nog steeds ongeveer 8 procent hoger dan metingen van het verre universum (het oudere of vroege universum). Naarmate de nieuwe techniek op meer systemen wordt toegepast, zullen onderzoekers in staat zijn om zich te verdiepen in het exacte verschil tussen verre (of vroege) universum- en lokale (meer recente) universummetingen.
"De sleutel is om van een punt te gaan waar we zeggen, ja, deze dingen zijn het niet eens, tot een zeer nauwkeurige maatstaf voor het niveau waarop ze het niet eens zijn, want uiteindelijk zal dat de aanwijzing zijn die toelaat theorie om te zeggen wat er aan de hand is ', vertelde Riess aan WordsSideKick.com.
Door de Hubble-constante nauwkeurig te meten, begrijpen wetenschappers meer dan alleen hoe snel het universum uit elkaar vliegt. De waarde is absoluut noodzakelijk bij het bepalen van de leeftijd van het universum en de fysieke grootte van verre sterrenstelsels. Het geeft astronomen ook aanwijzingen over de hoeveelheid donkere materie en donkere energie die er is.
Wat betreft het uitleggen wat mogelijk exotische fysica hun mismatch in uitbreidingssnelheidmetingen zou kunnen verklaren, dat is ver beneden de lijn.
